19482

Паралельні компютерні архітектури

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Паралельні комп'ютерні архітектури Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарськ

Украинкский

2013-07-12

42.8 KB

2 чел.

Паралельні комп'ютерні архітектури

Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище, а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарські препарати за допомогою комп'ютерів, не приносячи в жертву легіони щурів. Розробники літальних апаратів могли б отримувати кращі результати, якби замість будівництва величезних аеродинамічних труб моделювали свої конструкції на комп'ютері. Якщо говорити коротко, якими б потужними не були комп'ютери, їх можливостей ніколи не вистачить для вирішення багатьох нетривіальних задач (особливо наукових, технічних і промислових).

Хоча тактова частота постійно зростає, швидкість комутації не можна збільшувати нескінченно. Головною проблемою залишається швидкість світла - неможливо примусити протони й електрони рухатися швидше. Через високу тепловіддачу комп'ютери перетворилися на кондиціонери. Нарешті, оскільки розміри транзисторів постійно зменшуються, зрештою настане час, коли кожен транзистор буде складатися з декількох атомів, тому основною проблемою можуть стати закони квантової механіки (наприклад, принцип невизначеності Гейзенберга).

В результаті, щоб мати можливість вирішувати більш складні завдання, розробники звернулися до комп'ютерів паралельної дії (далі - паралельні комп'ютери). Неможливо побудувати комп'ютер з одним процесором і часом циклу в 0,001 не, але зате можна побудувати комп'ютер з 1000 процесорами, час циклу кожного з яких складає 1 не. І хоча швидкодії кожного процесора в другому випадку очевидно мало, теоретично ми повинні отримати необхідну продуктивність.

Паралелізм можна вводити на різних рівнях. На самому низькому рівні він може бути реалізований в процесорі за рахунок конвейеризації і суперскалярної архітектури з кількома функціональними блоками. Прихованого паралелізму можна добитися шляхом значного подовження слів в командах. За допомогою додаткових функцій можна «навчити» процесор одночасно обробляти кілька програмних потоків. Нарешті, можна встановити на одній мікросхемі кілька процесорів. Проте всі ці прийоми, разом узяті, здатні підвищити продуктивність максимум в 10 разів у порівнянні з класичними послідовними рішеннями.

На наступному рівні можливе впровадження в систему зовнішніх плат ЦП з поліпшеними обчислювальними можливостями. Як правило, в підключаються процесорах реалізуються спеціальні функції, такі як обробка мережевих пакетів, обробка мультимедійних даних, криптографія і т. д. Продуктивність спеціалізованих додатків за рахунок цих функцій може бути підвищена в 5-10 разів.

Щоб підвищити продуктивність в сто, тисячу чи мільйон разів, необхідно звести воєдино численні процесори і забезпечити їх ефективну взаємодію. Цей принцип реалізується у вигляді великих мультипроцесорних систем і мультікомпьютеров (кластерних комп'ютерів). Природно, об'єднання тисяч процесорів у єдину систему породжує нові проблеми, які потрібно вирішувати.

Нарешті, останнім часом з'явилася можливість інтеграції через Інтернет цілих організацій. В результаті формуються слабо пов'язані розподілені обчислювальні сітки, або грати. Такі системи тільки починають розвиватися, але їх потенціал досить високий.

Коли два процесори або обробних елемента знаходяться поруч і обмінюються великими обсягами даних з невеликими затримками, вони називаються сильно пов'язаними (tightly coupled). Відповідно, коли два процесори або обробних елемента розташовуються далеко один від одного і обмінюються невеликими обсягами даних з великими затримками, вони називаються слабо пов'язаними (loosely coupled). У цьому розділі ми обговоримо принципи розробки систем цих форм паралелізму і розглянемо ряд прикладів. Почавши з сильно пов'язаних систем, для яких характерний внутріпроцессорний паралелізм, ми поступово перейдемо до слабо зв'язаних систем і в завершальній частині голови поговоримо про розподілених обчислювальних системах. Приблизний спектр розглянутих тим ілюструє рис. 8.1.

 

Рис. 8.1. Внутріпроцессорний паралелізм (а); співпроцесор (б); мультипроцессор (в); мультікомпьютер (г); слабо пов'язана розподілена обчислювальна система (д)

Паралелізм постійно виявляється темою гарячих дискусій, у зв'язку з чим в цьому розділі незвично багато посилань - в основному, на недавні роботи про заданій темі.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

678. Акции. Доходность акций 120 KB
  Оценка акции с точки зрения их доходности. Вид акции (простая или привилегированная) и ее номинальная стоимость. Размер уставного фонда акционерного общества на день выпуска акций и также количество выпускаемых акций, срок выплаты дивидендов. Распределение акций по степеням риска.
679. Реализация геолокационного приложения для ОС Android 109 KB
  Создание геолокационного приложения для ОС Android и получения навыков программирования для этой системы. Основные компоненты Android приложения. Плагин DDMS для среды разработки Eclipse. Программа, определяющая местоположение пользователя и находящая объекты в заданном радиусе.
680. Интеграция организаций и ее сфера 120.5 KB
  Корпоративные организации. Понятие корпорации. Современные корпорации, их место в экономике. Ориентация корпоративного управления в различные исторические периоды. Холдинг как тип организации и ядро корпорации. Функции холдинговых компаний. Консорциум как форма сращивания банковского и промышленного капиталов. Конгломерат, картели. Цели создания конгломератов, виды картелей: частные, государственные, международные картели.
681. Міжнародне співробітництво в сфері інтелектуальної власності в галузі комп’ютингу 111.5 KB
  Всесвітня організація інтелектуальної власності. Євразійська патентна організація. Участь України у міжнародному співробітництві у сфері інтелектуальної власності. Співробітництво зі Всесвітньою організацією інтелектуальної власності.
682. Правонарушения. Понятия и виды правонарушения. Состав правонарушения. 97.5 KB
  Понятие правонарушения, его социологические и юридические признаки. Трудовые правонарушения по поводу выполнения трудового законодательства. В своей работе я последовательно рассмотрю понятие содержания правонарушения, начав с социологического определения и признаков, и подчеркну юридическое понятие и его составляющие. Также я детально изучу виды правонарушения, дав подробную. характеристику преступлению и проступку.
683. Исследование сетей Frame Relay 104.5 KB
  В ходе лабораторной ознакомились с сетями Frame Relay. Определили структуру сети Frame Relay согласно модели OSI Изучили связь структуры модели с назначением сети Frame Relay и областью ее применения, формат пакета канального уровня, методы достижения в сетях Frame Relay более высокой скорости, методы обеспечения безошибочной передачи в сетях Frame Relay, применение Frame Relay.
684. Информационные поисковые языки 101 KB
  Свойства информационных поисковых языков. Классификационные информационно–поисковые языки. Сопоставительный анализ информационно–поисковых языков. Обеспечения взаимодействия между различными (информационными, библиотечными и другими) системами.
685. Источники и субъекты налогового права. 104 KB
  Понятие и классификация субъектов налогового права. Правовой статус налогоплательщиков и плательщиков сборов, налоговых представителей. Банки как субъекты налогового права. Общая характеристика источников налогового права.
686. Разработка технологического процесса изготовления детали 100 KB
  Расчет режимов обработки и основного (машинного) времени. Выбор технологического оборудования и технологической оснастки. Определение припусков и операционных размеров. Разработка маршрутно-технологического процесса. Выбор вида заготовки и способа ее получения.